02_Ressuage

MEC-761 Essais mcaniques et contrle non destructif 02 Ressuage (PT)

MEC761 - Martin Viens, prof.Dpartement de gnie mcaniqueProgramme de baccalaurat

Le gnie pour l'industrie

MEC-761Essais mcaniques et contrle non destructif




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Introduction Le ressuage est une mthode qui est utilise pour rvler

des discontinuits dbouchant en surface. Cette mthode repose sur un phnomne par lequel un

liquide pntrant, contenu dans des discontinuits, suinte la surface du matriel

Lutilisation dun pntrant amliore la visibilit de ladiscontinuit pour lil humain

Indication de fissure




Sommaire de la mise en oeuvre




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Procdure

1. La surface est prpare2. Un liquide pntrant est appliqu en surface3. Par capillarit, le liquide pntre dans les discontinuits

(fissures, porosit, ) dbouchant en surface




Procdure (suite)4. Le surplus de liquide est retir

de la surface

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5. Un rvlateur est appliqupour "aspirer" le pntrantvers la surface de la pice




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Procdure (suite)

6. La pice est inspecte visuellement sous un clairageappropri

7. La pice est nettoye nouveau

Penetrant Inspection Steps Java AppletNDT Resource Centerhttp://www.ndt-ed.org/EducationResources/ CommunityCollege/PenetrantTest/Principles/liquidpi.htmDure: 0 min 32 s

Fundamentals of Liquid PenetrantQuality NDEhttp://www.youtube.com/watch?v=npgoUHq3X4k&feature=share&list=PLFB453D4A53E35329Dure: 2 min 15 s




Principes physiques

Force de capillarit




Tension de surface Phnomne physique, caus par les forces de cohsion (attraction intermolculaire) d'un liquide:

Au centre d'un volume de liquide, lasomme vectorielle des forces d'attractionintermolculaires est nulle.

la surface du liquide, la sommevectorielle des forces mne une forcersultante perpendiculaire la surface etdirige vers l'intrieur de ce volume.

Le liquide se contracte donc sur lui-mmejusqu' ce que d'autres forces (telles larsistance du fluide la compression) necontrebalancent la force rsultante etlimitent la contraction.

Liquide (10-3 N/m)pntrant 25 35

Eau 73

Mercure 436

* 20C en contact avec l'air

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La tension de surface est associe une nergie potentielleappele nergie de surface. Selon les lois de lathermodynamique, l'quilibre, cette nergie de surface doittre minimise. Cest la raison pour laquelle, en labsenced'autres forces, les gouttes de liquide et les bulles de savonadoptent une forme sphrique.

Illustration de

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Interface liquide-solide

sglgls cos ls

lg

sg

quation de Young:

airsolidellesuperficietension:airliquidellesuperficietension:solideliquideleinterfaciatension:

contactdeangle:

sg

lg

ls




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Angle de contact et mouillage

Surfacehydrophobe

Surfacehydrophile

Faible mouillabilit

Grand angle de contact

Grande mouillabilit

Faible angle de contact

sgls sgls




Capillarit

Force dattraction entre un solide et un liquide rsultantde leffet de la tension superficielle du liquide combin la faible section dune cavit dans le solide.

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Loi de Jurin

2 cosglF r Force capillaire:

2F r h g Force gravitationnelle:

2 cosglhr g

Hauteur du mnisque:




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Effet de la viscosit

Ne semble pas affecter la sensibilit du pntrant(son habilit sinfiltrer dans des fissures troites).

Affecte significativement le temps requis pour remplirles cavits. En fait, ce temps est directementproportionnel la viscosit du liquide.

glcosrt

22 t: temps de sjour: profondeur de la cavit cylindrique: viscosit dynamique du fluide




Principes physiques

Sensibilit de lil humain




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Structure de lil Lorsque la lumire entre dans

lil, elle est projete sur lartine

La rtine est une mosaque dedeux types de photorcepteurs(les btonnets et les cnes)

Les btonnets sont sensibles la lumire bleue-verte et sontutiliss dans des conditions defaible clairage

Il y a trois types de cne qui sontsensibles diffrentes portionsdu spectre visible.

btonnets

cnes




Acuit visuelle

L'acuit visuelle est la capacit d'un il discerner deux pointsdistincts situs une distance donne. Le pouvoir de rsolution del'il humain est d'environ 1 minute d'arc (0.017) pour des pointsde contraste maximum (points noirs sur fond blanc).

Ex.: une distance de 30 cm, le pouvoir de rsolution estd'environ 90 m (0.0035")

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22 tandx




Effet du contraste

Le contraste quantifie les diffrences de luminance entre les pointsclairs et sombres d'une image.

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fond

fond

LLL

C

V

a

r

i

a

t

i

o

n

d

u

c

o

n

t

r

a

s

t

e

Frquence spatiale

Seuil (acuit)L'acuit visuelle est rduite parune diminution du contraste.

Pour optimiser la visibilit d'uneindication, les contrastes encouleur ou en luminance doiventtre maximiss.

Note: La luminance est l'intensit de la lumiremise en direction de l'observateur partir d'unlment de surface (source). La luminance semesure en cd/m2.




Vision photopique

En vision photopique (vision diurne, luminance > 10 cd/m2), lescnes peroivent les couleurs. La sensibilit maximum de l'il sesitue dans les teintes jaune-vert (555 nm) o son efficacitlumineuse est de 683 lm/W.

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Note: Le flux lumineux caractrise lapuissance lumineuse d'une source du pointde vue de la perception par un il humainstandard. Le flux lumineux se mesure enlumen (lm).




Vision scotopique

En vision scotopique (vision nocturne, luminance < 0.001 cd/m2),les btonnets, beaucoup plus sensibles que les cnes, peroiventl'intensit lumineuse mais l'il ne distingue plus les couleurs. Lasensibilit maximum de l'il se situe dans les teintes vert-bleu(507 nm) o son efficacit lumineuse est de 1700 lm/W.

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Vision msopique

En vision msopique (visioncrpusculaire, luminance entre0.001 et 10 cd/m2), les btonnetset les cnes participentsimultanment la vision. Dansces conditions, la sensibilit del'il varie avec l'intensit del'clairement.

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Fluorescence

Proprit de transformer une radiation reue dans lultraviolet (autourde 365 nm; UV-A; invisible lil humain) en une radiation dans levisible (autour de 550 nm; vert).Ce dplacement du spectre lumineux vers des longueurs d'onde plusleves (dplacement de Stokes) est effectu par des fluorophores(substance chimique responsable de la fluorescence).L'excitation des fluorophores se fait grce une lumire noire(ampoule vapeur de mercure) ou un ensemble de DEL (diodeslectroluminescentes).




Conditions d'inspection

Pntrant visible clairage en lumire blanche Vision photopique Contraste de couleur (pntrant rouge sur fond blanc) Ratio de contraste de 6:1

Pntrant fluorescent Inspection dans un cabinet d'inspection grce un clairage UV Vision msopique Contraste de luminance (pntrant lumineux sur fond sombre) Ratio de contraste de > 40:1

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L'inspection grce un pntrant fluorescent produit des indications beaucoup plus visibles et donc une plus grande sensibilit par rapport

un pntrant visible.




Adaptation l'obscurit

En raction une diminution de luminance, l'il s'adapte. Cetteadaptation se droule en 2 tapes:

Dans les 3 premires minutes, la pupille se dilate pour laisser passerplus de lumire vers la rtine;

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Aprs tre entr dans l'aire d'inspection sombre, l'inspecteur doit attendre quelques minutes avant de procd l'inspection d'une

pice (temps d'adaptation de l'il).

Temps de sjour dans l'obscurit (minutes)

P

l

u

s

p

e

t

i

t

e

l

u

m

i

n

a

n

c

e

p

e

r

c

e

p

t

i

b

l

e

Sensibilit des btonnets

Sensibilit des cnes Dans les 25 premires minutes, les

pigments photosensibles des btonnets,la rhodopsine, se rgnrent de tellesorte que la sensibilit des btonnets la lumire s'accrot d'un facteur del'ordre du million.




Dtail de la mise en oeuvre




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Procdure

1. La surface est prpare2. Un liquide pntrant est appliqu en

surface3. Par capillarit, le liquide pntre dans

les discontinuits (fissures, porosit,) dbouchant en surface

4. Le surplus de liquide est retir de lasurface

5. Un rvlateur est appliqu6. La pice est inspecte visuellement

sous un clairage appropri7. La pice est nettoye nouveau




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Le pr-nettoyage est l'tapela plus importante dans lamthode du ressuage!!!

Pour effectuer une inspectionfiable, les pices doivent trepropres (absence de poussire,de rouille, d'huile, d'caillure, ).

L'tape de pr-nettoyage doitliminer les contaminants de lasurface sans obstruer les orificesdes dfauts.

Prparation de la surface




Prparation de la surface Dtergent (savon): Mthode la plus utilise. Avec une lingette ou une brosse

poils doux. Solvant (alcool ou hydrocarbure): avec une lingette ou une brosse.

Pour les graisses et les huiles Question environnementale et compatibilit avec les matriaux inspects

Dgraissage la vapeur Nettoyage l'intrieur des dfauts (la vapeur se condense l'intrieur du dfaut et

s'goutte dans le bassin en entranant les contaminants) Dtartrage

Solution acide (hydrochlorique, nitrique, hydrofluoridrique) ou fortement alcaline Enlve la rouille et les oxydes Important de bien rincer aprs le nettoyage (certaines solutions alcalines dtruisent la

fluorescence des pntrants) Nettoyage ultrasonique (avec solvant ou dtergent)

Meilleure pntration dans les fissures et meilleure efficacit du solvant (solution frache en surface)

Abrasion Trs peu recommand

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"Smearing" Certaines oprations d'usinage, de nettoyage ou de

traitement de surface peuvent causer l'talement d'unemince couche mtallique la surface d'une pice.

Une telle situation risque d'obstruer l'entre desdfauts de surface et, par le fait mme, cacher cesdfauts.

L'attaque chimique de ces surfaces est parfoisrequises.

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Avant ponage

Aprs ponage

Aprs attaque chimique




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Procdure










Proprits du pntrantMouillabilit: Une bonne mouillabilit (un faible angle de contact) permet une

bonne rpartition du liquide sur la pice inspecter (se rpand uniformment encouches trs minces) et une bonne force capillaire

Visibilit: Sous un clairage appropri, le liquide pntrant doit ressortir de la tramede fond. Il doit offrir un bon contraste de couleur (pigments de couleur vive) oude brillance (pigments fluorescents)

Viscosit: Le liquide pntrant doit pouvoir se nettoyer facilement en surface touten restant captifs dans les orifices

Volatilit: Le liquide pntrant doit avoir une volatilit rduite afin de limiter sonvaporation (1modification des performances du liquide dans son rservoir,2schage dans les dfauts avant la rvlation, 3dangerosit des vapeurs entermes d'inflammabilit et de toxicit)

Ractivit chimique: Le liquide doit tre chimiquement inerte; il ne doit pasdgrader le matriau inspect (dissolution, fragilisation ou corrosion). Parexemple, les liquides pntrants contenant de petites quantits de sulfure et/oud'halogne (chlorure) peuvent fragiliser certains aciers inoxydablesaustnitiques, de mme que des alliages de nickel ou de titane.

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Les pntrants visibles (Type II)(pigmentation normalement rouge)sont inspects en lumire blanche.

Les pntrants fluorescents (Type I)sont inspects sous une lumireultraviolette dans une chambrenoire.

Les pntrants fluorescents sontplus sensibles que les pntrantsvisibles parce que l'il est plussensible des variations deluminosit que des variations decouleur.

Visible vs fluorescent

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Sensibilit Les liquides pntrants sont formuls de faon offrir une varit

de niveaux de sensibilit. Plus la sensibilit est leve, pluspetits sont les orifices qui peuvent tre dtects.

Les niveaux de sensibilit sont classs de la faon suivante: Niveau 4 Pntrant ultra-sensible Niveau 3 Pntrant trs sensible Niveau 2 Pntrant sensible Niveau 1 Pntrant faiblement sensible;

PSM-5 test panel

Plus un pntrant est sensible, plus il risque deproduire de fausses indications. Il y a donc uncompromis faire.

La sensibilit d'un pntrant est value grce des talons.




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Au pinceau Par pulvrisation

(lectrostatique ou non)

Par immersion Par coulement Autres

Application du pntrant




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Procdure


surface3. Par capillarit, le liquide pntre

dans les discontinuits (fissures,porosit, ) dbouchant en surface







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On doit laisser suffisamment detemps "dwell time" au pntrant pourqu'il s'infiltre dans toutes lesdiscontinuits dbouchant en surface.

Ce temps d'imprgnation varie enfonction du type de pntrant, de latemprature, du fini de surface de lapice, etc.

Imprgnation




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Procdure










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Nettoyage par solvant(mthode C)

Pntrants lavables l'eau(mthode A)

Utilisation d'un mulsifiant(mthode B: lipophile)(mthode D: hydrophile)

Nettoyage de l'excs de pntrant




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La pice est essuye avec un linge secet propre.

Puis, l'excdant de pntrant estenlev en utilisant un linge sanscharpie, lgrement imprgn desolvant, que l'on passe sur la surfacede la pice.

Le nettoyage est effectu sous unclairage appropri afin qu'il soit plusfacile de voir le pntrant qui reste ensurface.

Ces solvants sont gnralementdisponibles en arosol.

Mthode adapte pour de petitesrgions ou pour un nombre limit depices.

Nettoyage par solvant(mthode C)




Mthode C




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Un jet d'eau grossirement atomisest utilis pour rincer les pntrantslavables l'eau.

Les paramtres du jet sont normale-ment: Temprature de l'eau: 50-100F Pression: 20-40 psi Distance: 30 cm

Mthode adapte de grandessurfaces ou une grande quantit depetites pices.

Possibilit d'automatisation.

Pntrants lavables l'eau(mthode A)

Les pntrants lavables l'eau sont habituellement base d'huile. Dans sa formulation, un mulsifiant y est incorpor afin de le rendre lavable l'eau.




Mthode A




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L'mulsifiant rend le pntrant lavable l'eau.

Gnralement privilgi lorsqu'il fautviter d'extraire le pntrant des dfauts.

Implique des tapes additionnelles dansle procd ce qui rsulte en des cotsadditionnels.

On doit laisser assez de temps l'mulsifiant pour ragir avec le pntranten surface (le rendre lavable l'eau)mais pas assez de temps pour qu'ildiffuse dans le pntrant captif desdfauts.

Utilisation d'un mulsifiant(mthode B et D)




Mthode B (lipophile)

Lmulsifiant base dhuile diffuse dans lepntrant galement base dhuile

La dure dmulsification est critique Application par immersion (vaporisation non-

recommande)




Mthode D (hydrophile)

Le pr-rinage retire le surplus de pntrant parmulsifation mcanique

Lmulsifiant, base deau, combine un dtergent et unsurfactant; le solvant dissout le pntrant alors que lesurfactant disperse le pntrant solubilis (empche lepntrant de se redposer en surface)

La dure dmulsification est beaucoup moins critiquequavec un mulsifiant lipophile

Application par immersion ou vaporisation




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Contraste de fond

L'oprateur doit s'assurerqu'il a enlev tout rsidude pntrant en surfaceafin d'obtenir un boncontraste de fond.

D'autres parts, il ne doitpas lessiver la pice avecune quantit de solvanttrop importante.

L'oprateur doit vrifier lecontraste sous unclairage appropri.

Excellent

Mauvais




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Procdure










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Rles du rvlateur Faire suinter la surface tout pntrant retenu dans les

discontinuits et l'taler autour du dfaut pour en augmenter laperceptibilit.

Produire un bon contraste entre le pntrant et le rvlateur : Lorsque utilis avec un pntrant visible, il sera normalement

blanc afin d'obtenir un bon contraste de couleur; Lorsque utilis avec un pntrant fluorescent, il ne sera pas lui-

mme fluorescent afin d'obtenir un bon contraste d'intensitlumineuse;

Dans les deux cas, il masquera lgrement l'excs de pntrantqui n'a pas t correctement nettoy.




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Slection du rvlateur

Forme: Poudre sche Solution aqueuse (particules en suspension dans de l'eau) Solution non aqueuse (suspension dans un solvant volatil)




Poudre sche (forme a)

Avant d'appliquer le rvlateur, la pice doit tresch dans un schoir recirculation d'air chaud.

Le rvlateur est appliqu par saupoudrage. La pice peut galement tre place dans une

chambre de dposition lectrostatique.

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Suspension aqueuse (formes b et c)

Poudre en suspension dans de l'eau.Doit tre agite rgulirement pourhomogniser la solution.

Le rvlateur est appliqu parimmersion ou par pulvrisationlorsque la pice est encore humide(lavage prcdent).

La pice doit tre entirementrecouverte puis, on doit l'goutter afind'viter les accumulation locale dervlateur.

La pice est finalement sche dansun schoir recirculation d'air chaud.




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Suspension non aqueuse (formes d et e)

Poudre en suspension dans unsolvant volatil.

Le rvlateur est appliqu parpulvrisation sur une pice scheet refroidie.

Une mince couche uniforme doittre applique. Lorsque utilisavec un pntrant visible, lacouche doit tre blanche etlgrement transparente.

Forme d: pntrant fluorescentForme e: pntrant visible




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Procdure










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Inspection et valuation L'oprateur doit tenter d'interprter ce

qu'il observe de faon dterminerl'origine des indices.

Il doit distinguer: Les faux indices rsultant

gnralement d'une mauvaisemthode de travail

Les indices non pertinents causspar une condition de surface ou unegomtrie particulire

Les indices pertinents qui doiventtre valus

L'oprateur doit valuer les indicespertinents par rapport des critresde rejet pr-tablis

Indices non pertinents dues aux conditions de surface

Indices rsultants d'un perage abusif




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Lampe lumire noire

Lampe utilise pour faire briller lespigments des liquides pntrantsfluorescents.

met des radiations dans la bande 360 400 nm.

L'intensit de la lampe doit tre vrifie l'aide d'un photomtre.

L'intensit de l'clairage ambiant doitgalement tre contrle.




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Procdure










Nettoyage final

Les rsidus de produits utiliss doivent tre enlevs : Rvlateur Pntrant

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Autrement, la fonctionnalit dela pice peut tre affecte : Raction chimique possible Possibilit de corrosion Dtrioration de l'apparence




Limites et performance




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Peut tre inspect

Presque tous lesmatriaux qui ont unesurface relativementlisse.




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Ne peut pas tre inspect

Des pices ayant des surfa-ces rugueuses telles lespices moules

Les cramiques poreuses Le bois et les matriaux

fibreux Les plastiques qui absorbent ou ragissent avec les

produits utiliss Les pices avec un revtement qui empche

l'introduction du pntrant dans les dfauts desurface




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Dfauts dtectables

Dfauts dbouchant en surface :Moulage

Reprises, criques, porosits

Forgeage Dchirures externes, repliures

Laminage et extrusion Pailles, rides, feuilletage

Soudage Fissures, porosits, canivaux,

chevauchements, manque de fusion




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Forme des discontinuits

Une fissure trop large risque d'trelessive lors de l'extraction del'excs de pntrant.

Plus une fissure est serre, plus lepntrant prend du temps pour ypntrer.

Une porosit dbouchant en surfaceabsorbe le pntrant rapidement et engrande quantit en comparaison avec ladimension de l'ouverture.




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Systme d'inspection manuel

Ensemble de produits portables

Systme stationnaire




Amliore la fiabilit, la reproductibilit et la productivit de l'inspection

Systme d'inspection automatis

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Application automatique des produits: Immersion successive dans diffrents

bassins Pulvrisation par un bras robotis

Acquisition et analyse des images d'indication: Source UV et camra avec filtre optique Laser et photodiode dans un systme de

balayageLaserScannedPenetrantInspection(LSPITM)probesfromLaserTechniquesCo.(LTC)




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Avantages

Trs sensible au discontinuits de surface

Relativement facile utiliser

Peut tre utilis sur une grande varit de matriauxet des gomtries de pices complexes

De grandes surfaces peuvent tre inspectesrapidement et faible cot

Les indices apparaissent directement sur la piceinspecte

Les ensembles de produits en arosol permettent laportabilit de la mthode




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Limitations Ne dtecte que les dfauts dbouchant en surface Requiert des surfaces lisses et non poreuses Un pr-nettoyage est essentiel des rsultats fiables Requiert plusieurs oprations dans des conditions (temps et

temprature) contrles La qualit des rsultats est tributaire du jugement de l'oprateur et

des soins ports l'excution des diverses oprations requises Annuellement, l'inspecteur doit passer un examen de la vue afin de

s'assurer de son acuit visuelle et de l'absence de toute forme dedficience dans sa perception des couleurs (daltonisme)

Manipulation, entreposage et disposition de produits chimiquespossiblement irritants, toxiques ou inflammables

Raction chimique possible avec certains matriaux Aucun enregistrement permanent des indices dtects




Spcifications et normes ASTM E165: Standard Practice for Liquid Penetrant Examination for General Industry ASTM E1208: Standard Practice for Fluorescent Liquid Penetrant Testing Using the

Lipophilic Post-Emulsification Process (Method I-B) ASTM E1209: Standard Practice for Fluorescent Liquid Penetrant Testing Using the Water-

Washable Process (Method I-A) ASTM E1210: Standard Practice for Fluorescent Liquid Penetrant Testing Using the

Hydrophilic Post-Emulsification Process (Method I-D) ASTM E1219: Standard Practice for Fluorescent Liquid Penetrant Testing Using the

Solvent-Removable Process (Method I-C) ASTM E1220: Standard Practice for Visible Penetrant Testing Using Solvent-Removable

Process (Method II-C) ASTM E1316: Standard Terminology for Nondestructive Examinations ASTM E1417: Standard Practice for Liquid Penetrant Testing ASTM E1418: Standard Practice for Visible Penetrant Testing Using the Water-Washable

Process (Method II-A) AMS2644: Inspection Material, Penetrant AMS2647: Fluorescent Penetrant Inspection, Aircraft and Engine Component Maintenance ISO 3452: Non-destructive testing -- Penetrant testing

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Documents

02_Ressuage